Homeostáza – principy regulace a poruchy fyziologických regulací – neuroendokrinní regulace – chronobiologie Patofyziologie vnitřní sekrece - hypothalamus, hypofýza, stresová reakce 2 3 Mnohobuněčný organismus • Buněčná specializace – vyšší efektivita • Vnitřní prostředí – homeostáza • Nižší míra stresu • Delší doba přežití Jednobuněčný organismus • Jedna buňka musí vykonávat vše - nižší efektivita • Závislost na vlastnostech vnějšího prostředí • Vysoká míra stresu • Krátká doba přežití Mnohobuněčný organismus • Buněčná specializace vede u mnohobuněčných organismů ke kompartmentalizaci na různých úrovních – Tkáňová úroveň – Orgánová úroveň – Systémová úroveň • Jednotlivé kompartmenty jsou od sebe odděleny bariérami • Vlastnosti/složení obsahu jednotlivých kompartmentů se velmi liší 4 Mnohobuněčný organismus • Buněčná specializace vede u mnohobuněčných organismů ke kompartmentalizaci na různých úrovních – Tkáňová úroveň – Orgánová úroveň – Systémová úroveň • Jednotlivé kompartmenty jsou od sebe odděleny bariérami • Vlastnosti/složení obsahu jednotlivých kompartmentů se velmi liší 5 Mnohobuněčný organismus • K přežití mnohobuněčných organismů je nutné ➢Udržovat homeostázu ➢Koordinovat tělesné funkce ➢ Udržování homeostázy – Složení vnitřního protředí – Integritu tkáňových/orgánových/tělesných bariér ➢ Koordinace tělesných funkcí – Přijímat signály z vnějšího a vnitřního prostředí – Zpracovávat informace z těchto signálů – Koordinovaně odpovídat na tyto podměty 6 Mnohobuněčný organismus • K přežití mnohobuněčných organismů je nutné ➢Udržovat homeostázu ➢Koordinovat tělesné funkce ➢ Udržování homeostázy – Složení vnitřního protředí – Integritu tkáňových/orgánových/tělesných bariér ➢ Koordinace tělesných funkcí – Přijímat signály z vnějšího a vnitřního prostředí – Zpracovávat informace z těchto signálů – Koordinovaně odpovídat na tyto podměty 7 Mnohobuněčný organismus • K přežití mnohobuněčných organismů je nutné ➢Udržovat homeostázu ➢Koordinovat tělesné funkce ➢ Udržování homeostázy – Složení vnitřního protředí – Integritu tkáňových/orgánových/tělesných bariér ➢ Koordinace tělesných funkcí – Přijímat signály z vnějšího a vnitřního prostředí – Zpracovávat informace z těchto signálů – Koordinovaně odpovídat na tyto podměty 8 Mnohobuněčný organismus • K přežití mnohobuněčných organismů je nutné ➢Udržovat homeostázu ➢Koordinovat tělesné funkce ➢ Udržování homeostázy – Složení vnitřního protředí – Integritu tkáňových/orgánových/tělesných bariér ➢ Koordinace tělesných funkcí – Přijímat signály z vnějšího a vnitřního prostředí – Zpracovávat informace z těchto signálů – Koordinovaně odpovídat na tyto podměty 9 Vstup Integrace Výstup REGULACE Homeostáza • Udržení stálosti vnitřního prostředí • Regulace – Nervová – Humorální • Oba typy regulací řídí CNS 10 Vstup Integrace Výstup REGULACE http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hypothalamus.htm Homeostáza • Udržení stálosti vnitřního prostředí • Regulace – Nervová – Humorální • Oba typy regulací řídí CNS 11 Vstup Integrace Výstup REGULACE http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hypothalamus.htm Regulace humorální • Hormon • Nespecifický kanál vedení „využití stávající infra- struktury“ • Specificita dána přítomností receptoru na cílové buňce • Energeticky nenáročná • Pomalý nástup účinku • Trvání účinku - dlouhé Regulace nervová • Neurotransmiter • Specifický kanál vedení • Specificita dána infrastrukturou • Energeticky náročná • Rychlý účinek • Trvání účinku - krátké 12 Regulace humorální • Hormon • Nespecifický kanál vedení „využití stávající infra- struktury“ • Specificita dána přítomností receptoru na cílové buňce • Energeticky nenáročná • Pomalý nástup účinku • Trvání účinku - dlouhé Regulace nervová • Neurotransmiter • Specifický kanál vedení • Specificita dána infrastrukturou • Energeticky náročná • Rychlý účinek • Trvání účinku - krátké 13 Působení hormonů Krátká vzdálenost 14 Velká vzdálenost Účinky hormonů 15 ✓ Akutní účinky → postranslační ✓ Pozdní účinky→ genomové →trofické (buněčný růst a buněčné dělení) ✓ Regulace receptorů: – up-regulace (genomová) • homologní • heterologní – down-regulace (membránová) Účinky hormonů 16 ✓ Akutní účinky → postranslační ✓ Pozdní účinky→ genomové →trofické (buněčný růst a buněčné dělení) ✓ Regulace receptorů: – up-regulace (genomová) • homologní • heterologní – down-regulace (membránová) Hypotalamus 17 • Klíčové regulační a koordinační centrum • Integrace informace ze zevního a vnitřního prostředí • Modulace chování • Koordinace a regulace autonomního nervového systému • Udržování homeostázy http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hy pothalamus.htm http://www.slideshare.net/physiologymgmcri/hypothalamus-15-apr-2016 Hypotalamus 18 • Klíčové regulační a koordinační centrum • Integrace informace ze zevního a vnitřního prostředí • Modulace chování • Koordinace a regulace autonomního nervového systému • Udržování homeostázy http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hy pothalamus.htm http://www.slideshare.net/physiologymgmcri/hypothalamus-15-apr-2016 Hypotalamus 19 • Klíčové regulační a koordinační centrum • Integrace informace ze zevního a vnitřního prostředí • Modulace chování • Koordinace a regulace autonomního nervového systému • Udržování homeostázy http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hy pothalamus.htm http://www.slideshare.net/physiologymgmcri/hypothalamus-15-apr-2016 Hypotalamus 20 • Klíčové regulační a koordinační centrum • Integrace informace ze zevního a vnitřního prostředí • Modulace chování • Koordinace a regulace autonomního nervového systému • Udržování homeostázy http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hy pothalamus.htm http://www.slideshare.net/physiologymgmcri/hypothalamus-15-apr-2016 Chronobiologie Zrak I21 • Cirkadiální aktivita – Všechny prokaryontní i eukaryontní organismy – Cyklus den/noc je nejvlivnější a nejstabilnější biorytmus – Osciluje s periodou cca. 24 hodin i při absenci zevních stimulů – Synchronizovány vlivem vnějších podmínek • Sezónní aktivita https://www.pointsdevue.com/article/good-blue-and-chronobiology-light-and-non-visual-functions Chronobiologie Zrak I22 • Cirkadiální aktivita – Všechny prokaryontní i eukaryontní organismy – Cyklus den/noc je nejvlivnější a nejstabilnější biorytmus – Osciluje s periodou cca. 24 hodin i při absenci zevních stimulů – Synchronizovány vlivem vnějších podmínek • Sezónní aktivita https://www.pointsdevue.com/article/good-blue-and-chronobiology-light-and-non-visual-functions Chronobiologie Zrak I23 • Cirkadiální aktivita – Všechny prokaryontní i eukaryontní organismy – Cyklus den/noc je nejvlivnější a nejstabilnější biorytmus – Osciluje s periodou cca. 24 hodin i při absenci zevních stimulů – Synchronizovány vlivem vnějších podmínek • Sezónní aktivita https://www.pointsdevue.com/article/good-blue-and-chronobiology-light-and-non-visual-functions Cirkadiální aktivita Zrak I24 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/30/Biological_clock_human.svg/2000px-Biological_clock_human.svg.png Biologické hodiny Zrak I25 • Buněčná úroveň – Expresní vzorce (cyklická exprese vzájemně propojených proteinů) • Periferní exprese Clock proteinu • Tkáňová úroveň – Periferní oscilátory – Nadledviny, plíce, játra, pankreas, kůže – Využívají různé informace • Centrální pacemaker – Hypothalamus (nucleus suprachiasmaticus) • Centrální exprese Clock proteinu • Informace ze sítnice (specializované gangliové buňky) – synchronizace centrálního pacemakeru ➢ Epifýza – melatonin ➢ Autonomní nervový systém - nadledviny – kortizol Biologické hodiny Zrak I26 • Buněčná úroveň – Expresní vzorce (cyklická exprese vzájemně propojených proteinů) • Periferní exprese Clock proteinu • Tkáňová úroveň – Periferní oscilátory – Nadledviny, plíce, játra, pankreas, kůže – Využívají různé informace • Centrální pacemaker – Hypothalamus (nucleus suprachiasmaticus) • Centrální exprese Clock proteinu • Informace ze sítnice (specializované gangliové buňky) – synchronizace centrálního pacemakeru ➢ Epifýza – melatonin ➢ Autonomní nervový systém - nadledviny – kortizol Biologické hodiny Zrak I27 • Buněčná úroveň – Expresní vzorce (cyklická exprese vzájemně propojených proteinů) • Periferní exprese Clock proteinu • Tkáňová úroveň – Periferní oscilátory – Nadledviny, plíce, játra, pankreas, kůže – Využívají různé informace • Centrální pacemaker – Hypothalamus (nucleus suprachiasmaticus) • Centrální exprese Clock proteinu • Informace ze sítnice (specializované gangliové buňky) – synchronizace centrálního pacemakeru ➢ Epifýza – melatonin ➢ Autonomní nervový systém - nadledviny – kortizol Biologické hodiny Zrak I28 • Buněčná úroveň – Expresní vzorce (cyklická exprese vzájemně propojených proteinů) • Periferní exprese Clock proteinu • Tkáňová úroveň – Periferní oscilátory – Nadledviny, plíce, játra, pankreas, kůže – Využívají různé informace • Centrální pacemaker – Hypothalamus (nucleus suprachiasmaticus) • Centrální exprese Clock proteinu • Informace ze sítnice (specializované gangliové buňky) – synchronizace centrálního pacemakeru ➢ Epifýza – melatonin ➢ Autonomní nervový systém - nadledviny – kortizol http://slideplayer.com/slide/7013288/ Synchronizace centrálního pacemakeru Vision I29 Wahl S, Engelhardt M, Schaupp P, Lappe C, Ivanov IV. The inner clock-Blue light sets the human rhythm. J Biophotonics. 2019; e201900102. (1% of ganglion cells) Hypotalamus 30 • hormony – kortikoliberin (CRH) – tyreoliberin (TRH) – gonadoliberin (GnRH) – somatoliberin (GHRH) – somatostatin (SST) – antidiuretický hormon (ADH, vazopresin) – oxytocin http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hy pothalamus.htm http://www.slideshare.net/physiologymgmcri/hypothalamus-15-apr-2016 Adenohypofýza 31 • růstový h. (somatotropin, STH) – stimulace syntézy IGF v játrech a dalších orgánech • tyreotropin (TSH) – stimulace štítné žlázy • prolaktin (LTH) – stimulace tvorby mléka • gonadotropiny – folikuly stimulující h. (FSH) – luteinizační h. (LH) – steroidogeneze a gametogeneze • adrenokortikotropní h. (ACTH) – stimulace syntézy steroidů v nadledvinách • neurohypofýza ➢ hormony hypotalamu – antidiuretický hormon – oxytocin Funkční jednotka hypotalamus - hypofýza 32 Funkční jednotka hypotalamus - hypofýza 33 Neuroendokrinní regulace 34 • Hypotalamo-neurohypofyzární osa • Hypotalamo-hypofyzo-adreanální osa • Hypotalamo-hypofyzo-pituitarni osa • Hypotalamo-hypofyzo-gonadální osa http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hypothalamus.htm Hypotalamo-neurohypofyzární osa 35 • Neurohypofýza je pouze rezervoárem hormonů, které produkovány přímo hypotalamem • Nucleus supraopticus, nucleus paraventricularis – Antidiuretický hormon (vasopresin) retence vody, tlak – Oxytocin – kontrakce uteru, laktace, socializace https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2015.00335/full https://www.cvphysiology.com/Blood%20Pressure/BP016 https://www.researchgate.n et/figure/Chemical- structures-of-oxytocin-and- vasopressin-Oxytocin-and- vasopressin-are-nine- amino_fig1_6325433 Hypotalamo-hypofyzo-adreanální osa 36 • Hypotalamus – CRH • Přední lalok hypofýzy – ACTH • Kůra nadledvin – Kortizol • Glukokortikoidní účinek • Stresový hormon https://en.wikipedia.org/wiki/Hypothalamic%E2%80%93pituitary%E2%80%93adrenal_a xis#/media/File:HPA_Axis_Diagram_(Brian_M_Sweis_2012).png https://twitter.com/brennanspiegel/status/964605045625901057 Hypotalamo-hypofyzo-tyrodeální osa 37 • Hypotalamus – TRH • Přední lalok hypofýzy – TSH • Štítmá žláza – T3, T4 • Zvýšení metabolismu • Zvýšení syntézy proteinů • Zvýšení produkce energie https://en.wikipedia.org/wiki/Hypothalamic%E2%80%93pituita ry%E2%80%93thyroid_axis#/media/File:Thyroid_system.svg Hypotalamo-hypofyzo-gonadální osa 38 • Hypotalamus – Gonadotropin releasing hormone • Přední lalok hypofýzy – Luteinizační hormon – Folikulostimulační hormon • Gonády – Estrogen nebo testosteron https://en.wikipedia.org/wiki/Hypothalamic%E2%80%93pituitary%E2% 80%93gonadal_axis#/media/File:Hypothalamic%E2%80%93pituitary%E 2%80%93gonadal_axis.svg Neuroendokrinní regulace 39 • Hypotalamo-neurohypofyzární osa • Hypotalamo-hypofyzo-adreanální osa • Hypotalamo-hypofyzo-pituitarni osa • Hypotalamo-hypofyzo-gonadální osa http://biology.about.com/od/anatomy/p/Hypothalamus.htm Akutní stresová reakce 40 • Reakce na stresor (faktor, který výrazným způsobem vychyluje organismus z rovnováhy) • Aktivace sympatiku • Aktivace hypotalamohypofyzo-adreanální osy • Fight or flight response • Freezing Akutní stresová reakce 41 • Reakce na stresor (faktor, který výrazným způsobem vychyluje organismus z rovnováhy) • Aktivace sympatiku • Aktivace hypotalamohypofyzo-adreanální osy • Fight or flight response • Freezing Mechanizmus vzniku endokrinopatií 42 • Deficit hormonu – destrukční proces postihující žlázu nebo porucha syntézy • vrozený – genetický defekt • získaný – infekce – komprese nádorem – Autoimunita • Nadbytek hormonu – autotopická sekrece (ve žláze) • nádor (adenom) • imunopatologická – ektopická sekrece (jinde) – exogenní (iatrogenní) • Rezistence k hormonu – abnormální hormon – protilátky proti hormonu nebo receptoru – receptorový defekt – post-receptorový defekt Dělení endokrinologických syndromů 43 • Primární – autonomně změněná sekrece hormonů – postižení tzv. periferní endokrinní žlázy • Sekundární – normální periferní žláza je nadměrně stimulována nebo inhibována regulačním mechanizmem • jiná endokrinní žláza postižená patologickým procesem • jiné onemocnění ovlivňuje řídící veličinu endokrinní žlázy • Terciární – změny způsobené zprostředkovaně na podkladě vícestupňové regulace – dlouhodobá adaptace endokrinní žlázy Nicolaides NC, Chrousos GP, Charmandari E. Adrenal Insufficiency. [Updated 2017 Oct 14]. In: Feingold KR, Anawalt B, Boyce A, et al., editors. Endotext [Internet]. South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc.; 2000. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279083/ Poruchy funkce hypotalamu 44 • důsledek – nádorů CNS a metastáz do CNS – cyst – hemoragie – ischemie – autoimunity – sarkoidózy – poúrazové a pooperační stavy • klinický obraz – příznaky z postižení příslušných hypotalamem řízených endokrinních žláz • „neendokrinologické“ symptomy – poruchy příjmu potravy – poruchy spánku a bdění – poruchy termoregulace – poruchy sexuálního chování • vzácné komplexní hypotalamické syndromy – Prader-Willy (hyperfagie) – Fröhlichův (obezita a hypogonadizmus) Poruchy funkce hypotalamu 45 • důsledek – nádorů CNS a metastáz do CNS – cyst – hemoragie – ischemie – autoimunity – sarkoidózy – poúrazové a pooperační stavy • klinický obraz – příznaky z postižení příslušných hypotalamem řízených endokrinních žláz • „neendokrinologické“ symptomy – poruchy příjmu potravy – poruchy spánku a bdění – poruchy termoregulace – poruchy sexuálního chování • vzácné komplexní hypotalamické syndromy – Prader-Willy (hyperfagie) – Fröhlichův (obezita a hypogonadizmus) Poruchy funkce hypotalamu 46 • hypofunkční syndromy – hypotalamický hypopituitarizmus • nedostatek GnRH – hypogonadizmus • nedostatek GHRH – nanizmus – centrální diabetes insipidus • nedostatek ADH • hyperfunkční syndromy – pubertas praecox • předčasné zahájení pulzní sekrece GnRH – syndrom nadměrné produkce ADH (Schwartz-Barterův s.) • retence tekutiny a hypertenze Poruchy funkce hypotalamu 47 • hypofunkční syndromy – hypotalamický hypopituitarizmus • nedostatek GnRH – hypogonadizmus • nedostatek GHRH – nanizmus – centrální diabetes insipidus • nedostatek ADH • hyperfunkční syndromy – pubertas praecox • předčasné zahájení pulzní sekrece GnRH – syndrom nadměrné produkce ADH (Schwartz-Barterův s.) • retence tekutiny a hypertenze Hypofunkce adenohypofýzy 48 • hypopituitarizmus • nedostatečná sekrece jednoho nebo více hormonů adenohypofýzy – panhypopituitarizmus • postižení hypofýzy nebo hypotalamu • málo časté • příčiny – útlak hypofýzy • nádor, aneuryzma, cysta – další • genetické příčiny, idiopatický • trauma, ozáření, zánět Hyperfunkce adenohypofýzy 49 • hyperpituitarizmus • prolaktinom/hyperprolaktin emie – adenom hypofýzy produkující prolaktin • nejčastější adenom hypofýzy – u žen • poruchy menstruačního cyklu, galaktorea – u mužů • snížení libida, erektilní dysfunkce – prolaktin periferně inhibuje účinky estrogenů a centrálně tlumí produkci GnRH v hypotalamu • akromegalie a gigantizmus – hypofyzární adenom – nadprodukce růstového hormonu • před ukončením růstu – gigantizmus • po ukončení růstu – akromegalie – změny • fyziognomické • zvětšení akrálních částí rukou a nohou • zhrubnutí hlasu • obezita • diabetes • hypertenze